Kính hiển vi điện tử có độ phân giải cực cao

I. Giới thiệu

Đây là một hướng đi mới trong quá trình kiểm soát quang khắc

Kính hiển vi điện tử quét với điện áp thấp (SEM) được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu do khả năng chụp ảnh chi tiết bề mặt với độ phân giải và độ chính xác cao. Tuy nhiên, vẫn tồn tại những hạn chế cơ bản về hiệu suất, đặc biệt là độ phân giải ở điện áp của chùm tia thấp.

Để khắc phục hạn chế này, Verios Extreme High Resolution (XHR) SEM đã được phát triển để hiển thị tốt chi tiết bề mặt với độ phân giải dưới nanomet ở điện áp chùm tia rất thấp. Thermo Scientiic™ Verios™ G4 XHR SEM lý tưởng để giúp mô tả chất cản quang nhạy với chùm tia điện tử.

Hệ thống sử dụng máy có nguồn đơn sắc để giảm sự lan truyền năng lượng của chùm tia, tạo ra chùm tia điện tử có độ hội tụ chặt chẽ hơn. Trong khi máy đơn sắc là thiết bị cần thiết để cải thiện hiệu suất hình ảnh điện áp thấp, các thành phần của hệ thống khác như quét, máy dò, bàn chụp và điều khiển môi trường cũng đóng vai trò quan trọng đối với khả năng sử dụng và năng suất trong hoạt động thực tế hàng ngày. Verios G4 XHR SEM vẫn dễ sử dụng và có năng suất mẫu tương tự hoặc tốt hơn các SEM thế hệ hiện tại khác.

Động lực chính cho sự phát triển của SEM điện áp thấp được cải thiện đến từ thị trường bán dẫn. Các quy trình mới đang được phát triển tại nút thiết kế 22 nm trở xuống đang thúc đẩy nhu cầu về hình ảnh có độ phân giải cao hơn trên các vật liệu nhạy cảm với chùm tia điện tử như chất cản quang.

II. Ảnh hưởng của chùm tia điện tử lên chất cản quang

Mẫu được sử dụng là chất cản quang để tiếp xúc với bước sóng 193 nm nhằm tạo ra các cấu trúc quang khắc. Chất cản quang được biết là rất nhạy cảm với việc tiếp xúc với chùm tia điện tử, với hiệu ứng dễ nhận thấy nhất là sự co rút cục bộ. Các mẫu được mô tả đã được cắt và phủ vàng/palađi để làm giảm hiệu ứng tích điện, mặc dù cũng thu được kết quả tuyệt vời trên các mẫu không phủ (được thảo luận bên dưới).

Công trình tập trung vào việc xác định xem có sự kết hợp tối ưu giữa điện áp tăng tốc thấp và dòng chùm tia thấp để giảm thiểu các hiệu ứng cấu trúc của việc tiếp xúc với chùm tia trên chất cản quang hay không. Hiệu ứng này được quan sát ngay lập tức khi thực hiện quét chậm hoặc quét ảnh chất lượng cao. Ngay cả ở 1 kV, hiệu ứng tích điện có thể chậm lại, nhưng mẫu vẫn bắt đầu xuống cấp ngay lập tức (Hình 1).

Cuối cùng, điều này làm giảm độ chính xác và độ tin cậy của phép đo và do đó, khả năng kiểm soát chặt chẽ quá trình quang khắc. Mục tiêu chính của việc thí nghiệm này là nhằm tìm ra các điều kiện hình ảnh trong đó sự thay đổi của chất cản quang được giảm thiểu tối đa, nhưng chất lượng hình ảnh và độ phân giải vẫn ở mức mà người vận hành có thể đo chính xác và cẩn thận các cấu trúc được chụp.

III. Tìm điều kiện tối ưu

Trong nỗ lực tìm điều kiện chùm tia có thể giảm thiểu thiệt hại, cả điện áp và dòng điện của chùm tia đều được giảm. Ở 500 V và 6,2 pA, không có thiệt hại trên mẫu nào được nhìn thấy trong khoảng thời gian đủ để cho phép tối ưu hóa hình ảnh. Sau đó, hình ảnh cuối cùng được chụp (Hình 2) với chế độ quét chậm. Hình ảnh được thu được ở độ phóng đại 300 kX (chế độ Polaroid) và có HFW (horizontal field width - chiều rộng trường ngang) là 423 nm.

Thay vì xem các đường cản quang chính xác "ở cuối", thường sẽ có lợi hơn nếu nghiêng và xoay mẫu một chút, giúp có cái nhìn tổng quan tốt về mặt cắt ngang, khoảng cách giữa các cấu trúc cản quang và thành bên của các đường đó.

Góc nhìn đặc biệt này cũng sẽ cho phép các kỹ sư quy trình có được thông tin rất chi tiết về các vấn đề phơi nhiễm có thể xảy ra cũng như thông tin về tính đồng nhất trong quy trình của họ (Hình 3).

Hình ảnh SEM Verios G4 XHR cải thiện đáng kể khả năng phân tích các cấu trúc photoresist (chất cản quang). Hình ảnh điện áp thấp, dòng điện thấp với độ phân giải cao mở ra một chiều hướng mới trong quá trình kiểm soát quang khắc. Có thể giảm dòng điện chùm tia và điện áp tăng tốc xuống mức thấp hơn nữa bằng cách sử dụng "chế độ giảm tốc chùm tia". Chế độ này giúp các mẫu photoresist không được tráng phủ hoàn toàn giảm thiểu hiệu ứng tích điện (Hình 4). Điều này cho phép người vận hành nạp mẫu với chế độ chuẩn bị mẫu rất tối thiểu và vẫn đạt được kết quả vượt trội.



IV. Kết luận

Theo truyền thống, SEM là giải pháp nhanh nhất cho hình ảnh có độ phân giải ở thang nanomet. Thông thường, mẫu có thể được nạp vào SEM với thời gian chuẩn bị mẫu hạn chế và chụp ảnh trong vòng vài phút. Ngược lại, kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cung cấp độ phân giải không gian cuối cùng cao hơn, nhưng quá trình chuẩn bị mẫu phức tạp hơn. Những yếu tố này khiến Verios G4 XHR SEM bổ sung rất nhiều cho nhu cầu mở rộng phân tích TEM đang diễn ra do sự co lại liên tục ở các kích thước quan trọng.

Verios G4 XHR SEM mở rộng tiện ích của SEM trong các ứng dụng vi điện tử bằng cách tăng cường độ phân giải và chất lượng hình ảnh ở mức năng lượng chùm tia rất thấp. Các kết quả được hiển thị ở đây chứng minh lợi ích bổ sung của việc chuyển sang điện áp gia tốc thấp hơn để giảm thiểu hư hỏng trên mẫu trong khi vẫn duy trì được độ phân giải cần thiết cho phép đo chính xác hơn.

Lợi ích của việc làm giảm thiểu hư hỏng của chùm tia ở điện áp chùm tia rất thấp cũng mang lại khả năng mới cho các vật liệu như chất điện môi K thấp và các mẫu nhạy với chùm tia khác.

Hơn nữa, Verios G4 XHR SEM mang lại hiệu suất điện áp thấp trong khi vẫn giữ lại tất cả các lợi ích của tốc độ máy SEM thông thường, có tính linh hoạt và dễ sử dụng.

Để biết thêm thông tin chi tiết về ứng dụng Kính hiển vi điện tử có độ phân giải cực cao, vui lòng liên hệ ADGroup